10. Теория и практика борьбы с шумом

В данной части широко использованы учебники и учебные пособия, написанные профессором Николаем Игоревичем Ивановым – крупнейшим российским ученым в области борьбы с шумом и вибрацией СДМ и других машин.

Инженерная акустика (или техническая акустика, виброакустика) – наука, разрабатывающая теоретические и прикладные аспекты борьбы с шумом и звуковой вибрацией. Научные основы инженерной акустики были заложены во второй половине XX в., и ее достижения находят сейчас широкое практическое применение.

10.1. Актуальность проблемы борьбы с шумом

Ученые назвали шум чумой двадцатого века. Эта проблема остается актуальной и в ХХI столетии. Повышенный шум – бедствие нашей цивилизации. Есть мнение, что более 30 % всех болезней у жителей городов связаны с длительным воздействием повышенного шума: утомление, повышение кровяного давления, язва желудка, ухудшение памяти, нервно-психические заболевания. Сильный шум также приводит к ослаблению слуха и снижению производительности труда.

Шум воздействует на человека на работе, в транспорте, дома. В табл. 10.1 и 10.2 приведены данные о влияние шума на население США и стран ЕС. По рекомендациям ВОЗ, норма шума в окружающей среде ограничена значениями 55 дБА.

Таблица 10.1

Воздействие шума в окружающей среде на население США

Количество жителей, млн чел.	Уровень звука, дБА
138,0	56-60
63,5	61-65
27,0	66-75
15,0	>75

Можно предположить, что значительная часть населения планеты испытывает дискомфорт, болеет или теряет слух в связи с высоким шумовым воздействием (˃ 80 дБА).

Среди глобальных проблем современной экологии (парниковый эффект, разрушение озонового слоя, загрязнение воды и атмосферы, накопление радиоактивных отходов и др.) вопросам акустического загрязнения не всегда уделяется должное внимание, важность этого иногда недооценивается.

Таблица 10.2

Воздействие шума в окружающей среде на население ЕС

Зона проживания (по шуму)	Уровень звука, дБА	Количество жителей, подвергающихся воздействию шума
		в абсолютном выражении, млн чел.	по отношению ко всему населению, %
«Серая»	55-65	170	Более 40
«Черная»	Более 65 (до 75-80)	80	~20

Можно говорить о трех аспектах воздействия шума на человека: социальном, медицинском и экономическом.

«Человек достигает высокого уровня цивилизации, в частности, благодаря своей способности к общению, а связь посредством звуков – одна из основных форм общения людей. Шум препятствует этому общению, он обедняет нашу жизнь, снижает нормальную активность человека», - писал известный акустик Р. Тэйлор. Это социальный аспект влияния шума на жизнь человека.

Повышенный шум влияет на нервную и сердечно-сосудистую системы, вызывает раздражение, утомление, агрессивность и пр. Заболевания, связанные с воздействием шума и вибрации (например, неврит слухового нерва, вибрационная болезнь), занимают первые места среди всех профессиональных болезней. В России их доля составляет более чем 35 % от общего числа профзаболеваний. Это медицинский аспект влияния шума. Под воздействием повышенного шума во всем мире находятся десятки миллионов человек на рабочих местах и сотни миллионов жителей городов.

И, наконец, третий – экономический аспект. Известно, что шум влияет на производительность труда. При уровнях шума свыше 80 дБА каждое увеличение его на 1-2 дБА вызывает снижение производительности труда не менее чем на 1 %. Экономические потери от повышенного шума в развитых странах достигают десятков миллиардов долларов в год. Конкурентоспособность машин в немалой степени определяется их уровнем шума. Но чем меньше шум машины, агрегата, установки, тем, как правило, она дороже. Снижение шума на один децибел обеспечивает повышение стоимости продаваемого изделия на 1 %. Например, супершумозаглушенные компрессорные станции на 40 % дороже таких же шумных. В современных самолетах расходы на шумозащиту достигают почти 25 % стоимости изделия, а в автомобилях – 10 %.

Средства, выделяемые на все мероприятия по борьбе с шумом, только для стран ЕС составляли в конце ХХ в., по очень скромным оценкам, 38-40 млрд евро в год, или почти 1 % ВВП. Это неудивительно, если учесть, что, например, стоимость установки акустического экрана длиной в 1 км в среднем превышает 1 млн долларов.

Проблема снижения шума привлекает внимание ученых, предпринимателей, законодателей. Мы являемся свидетелями существенных практических успехов в этой области, которые достигнуты в течение жизни лишь одного-двух поколений.

В табл. 10.3 иллюстрируются некоторые из этих достижений, имеющие важное практическое значение. Приведенный в таблице перечень можно было бы продолжить, но даже из этих данных видно, что для многих машин, установок, транспортных средств, агрегатов за прошедшие 45-50 лет уровень шума снижен на 15-30 дБА, это очень эффективно.

Таблица 10.3

Снижение шума во второй половине ХХ в.

Объект	Уровень звука, дБА		Достигнутое снижение уровня звука, дБА
	1950-е – начало 1960-х гг.	начало 2000-х гг.
Легковые автомобили (в салоне)	90-95	72-75	15-20
Строительные машины	95-105	80-85	15-20
Тракторы (в кабине)	95-100	75-80	Более 20
Передвижные компрессорные станции	95-100	65-75	25-30
Тяжелые машины для ремонта ж.-д. пути	105-115	80-85	25-30

Обязательное условие глобального рынка – обеспечить совместимость новой продукции с требованиям защиты окружающей среды и безопасности рабочих.

Приблизительно с начала 1980-х гг. начинает необычайно быстро совершенствоваться измерительная техника, появляется новый вид акустических измерений – интенсимметрия, позволяющая решить широкий круг задач (выделение вклада источников в процессы шумообразования, простое определение эффективности шумозащитных конструкций, определение акустической мощности агрегата на месте, передача структурного звука и пр.). В практике борьбы с шумом для решения многих прикладных и теоретических задач блестяще используется вычислительная техника, успешно применяется активная защита от шума и звуковых вибраций, разрабатываются средства машинного проектирования шумовиброзащитных конструкций самолетов, автомобилей, строительных и дорожных машин и т.д.

В странах ЕС действует практика принятия директив Европейского парламента, которые направлены на соблюдение единых требований, норм, измерительных процедур и т.п. в области борьбы с шумом.

Например:

• Директива 2003/10/ЕС «О требованиях по безопасности и охране здоровья рабочих под действием шума»;

• Директива 2002/49/ЕС «Об оценке шума в окружающей среде»;

• Директива 2002/30/ЕС «О правилах и процедурах оценки шума в аэропортах» и др.

Активные средства борьбы с шумом – одно из выдающихся достижений инженерной акустики за последние десятилетия. Достоинства этих средств – их эффективная работа в низкочастотном диапазоне, где пассивные средства шумозащиты действуют слабо, а также возможность управлять спектром шума в точке наблюдения. Недостатками являются высокая стоимость, сложность реализации, наличие границ применяемости по частоте и пространству и некоторые другие. Тем не менее, широкий поиск и разработка активных систем шумоглушения продолжаются, так как за ними большое будущее.

В последнее время начинают широко использоваться оптимизационные методы поиска шумозащиты. Оптимизация шумозащитных комплексов позволяет существенно (в 1,5 – 2,0 раза) снизить стоимость шумозащитных средств, увеличить конкурентоспособность изделия.